全 文 ：尾矿定居对无性系植物白茅(Imperatacylindrica)植物络合素合成的影响
白 秀 , 戚青青 , 陈剑 , 王 江＊　(台州学院生命科学学院 ,浙江临海 317000)
摘要　[目的 ]研究尾矿定居对白茅各组织合成植物络合素的影响。 [方法]选取尾矿(污染样地)和未污染区域(对照样地)的一年生白
茅 ,并研究其叶、根、茎 、芽和根状茎的植物络合素的含量。 [结果 ]污染地白茅根和根状茎丙二醛含量明显增加 ,同时植物络合素(PCs)
含量明显增加 ,但是叶、茎和芽的丙二醛含量没有明显变化 ,其植物络合素(PCs)含量同样没有明显变化。 [结论 ]白茅地下组织受到较
多的氧化损伤 ,其地下组织诱导合成大量植物络合素(PCs),其有效的解毒机制使得地上组织受到较少的氧化损伤。
关键词　白茅;植物络合素;丙二醛
中图分类号　S567.23+9　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2009)35-17485-02
EffectsoftheStressofMineTailingEnvironmentonthePhytochelatinsFormationofImperatacylindrical
BAIXiuetal　(SchoolofLifeSciences, TaizhouUniversity, Linhai, Zhejiang317000)
Abstract　[ Objective] TheresearchaimedtostudytheefectsofthestressofminetailingenvironmentonthephytochelatinsformationofI.
cylindrical.[ Method] Theleaf, root, stem, budandrhizomeofImperatacylindricalgrowingonminetailing(contaminatedsite)anduncon-
taminatedarea(controlsite)werestudied, andinvestigatedthechangeoftheirphytochelatinscontents.[ Result] Resultsshowedthatthe
MDAandphytochelatinscontentsofrootsandrhizomesinI.cylindricalgrowingoncontaminatedsitehadsignificantincreaseascomparedwith
thosegrowingoncontrolsite, buttheircontentshadnosignificantchangeinleaves, stemsandbuds.[ Conclusion] Theresultsdemonstrated
thattherootsandrhizomesofI.cylindricalenduredgreatoxidativedamage, buttheyproducedmuchphytochelatinstodetoxificthetoxicityof
heavymetals, andmadetheabovegroundtissuesendurelittleoxidativedamage.
Keywords　Imperatacylindrica;Phytochelatin;MDA
基金项目　 2008年浙江省大学生科技创新项目;浙江省自然科学基金
(Y507053)。
作者简介　白秀(1989-),女 , 浙江温州人 ,本科生, 专业:生物科学。
＊通讯作者。
收稿日期　 2009-08-17
　　重金属尾矿废弃地以重金属含量高 、极度酸化 、营养极
其贫乏为主要特征 [ 1-2] ,植被恢复初期需要消耗大量的人力
物力进行土壤改良和植被维护。无性系植物作为先锋物种
一旦在矿业废弃地成功定居 ,便可以有效地改善矿业废弃地
的土壤理化特性 ,加快恢复植被的自然演替 ,增强恢复植被
的自我维持能力 [ 3-5] ,但对于无性系植物在尾矿定居的耐性
生理的研究尚未见报道。
植物络合素(植络素 , phytochelatins, PCs)是重金属胁迫
诱导下细胞质液中快速合成的金属螯合多肽 ,广泛存在于植物
界 、藻类和真菌体内。Ni、Cd、Zn、Ag、Sn、Te、W、Au、Hg、Pb、As、
Se等多种金属能够诱导胞内 PCs的产生 [ 6] 。PCs的合成水平
随细胞中游离金属离子数量 ,即金属的实际 PCs的合成水平随
细胞中游离金属离子数量 ,即金属的实际胁迫水平的变化而变
化。Rauser提出胞内 PCs含量作为环境中重金属污染的定量
指标 [ 6] , Keltjens等则将 PCs的激增作为植物遭受重金属胁迫
的早期警告标志 [ 7] 。笔者以生长在 Pb/Zn尾矿上的典型先锋
无性系物种白茅为研究对象 ,分析在尾矿定居的白茅各组织中
植物络合素(PCs)含量的变化 ,揭示其在尾矿定居过程中各组
织中植物络合素(PCs)的变化 ,以期为研究无性系植物在尾矿
定居的耐性生理提供理论参考。
1　材料与方法
1.1　研究区概况　研究区域位于浙江省三门铅锌尾矿
(121°38′13″E, 29°02′17″96 N),海拔 204 ～ 212 m,年降雨量
1 820 mm,年平均温度 19.5 ℃,属亚热带海洋性气候。由于
采矿和相关冶炼活动导致周围农田污染严重 ,已经关停 10
年 ,尾矿上出现了白茅等初始定居的先锋物种。
1.2　试验设计　分别选取污染和未污染(对照)2个区域:
污染区域样地位于三门铅锌尾矿的中心区域 ,未污染区域位
于三门铅锌尾矿东 5 km左右没有受到污染地区。 2个区域
的海拔 、坡向 、坡位 、水纹和含水量等生态地理条件均基本一
致 ,其土壤理化性质见表 1。在污染和未污染区域 ,分别随机
选取当年生的生长和形态特征基本一致的植株各 10棵 ,分
别获取各植株的叶 、根 、茎 、芽和根状茎 ,用干净纱布擦干净
植物表面的泥土颗粒 ,立即放入冰盒中 ,拿回实验室进行生
理指标分析。
表 1　土壤理化性质
Table1　Thephysicalandchemicalcharacteristicsofsoilsincontami-
natedanduncontaminatedsites
理化指标Physicalandchemicalindices
污染样地Containedplotsites
未污染样地(CK)Controlsampleplots
有机质∥g/kg 12.85±1.29 31.54±4.29
全氮∥g/kg 0.11±0.01 0.61±0.08
氨态氮∥mg/kg 5.51±0.61 10.51±1.04
硝态氮∥mg/kg 4.23±0.46 8.27±0.67
全磷∥g/kg 0.31±0.04 0.93±0.09
有效磷∥mg/kg 0.38±0.03 0.88±0.08
铜∥mg/kg 57.29±4.12 4.29±0.32
镉∥mg/kg 8.14±0.78 0.64±0.07
铅∥mg/kg 1 270.13±58.93 21.44±2.93
锌∥mg/kg 2 666.15±59.77 66.15±9.77
1.3　测定方法　叶片丙二醛(MDA)含量的测定参照何冰等
的方法 [ 8] ;非蛋白质态巯基总量(TNP-SH)和谷胱甘肽
(GSH)的测定参照孙琴等的方法 [ 9] 。
1.4　数据处理　采用 SPSS11.5对数据进行统计分析 ,采
用配对 T检验对在污染和未污染地区相同组织的生理指标
之间进行差异显著性分析 ,用 Sigmaplot9.0进行绘图 。
2　结果与分析
2.1　MDA含量　由表 2可知 ,与对照样地生长的白茅相
比 ,生长在污染样地白茅的根和根状茎的 MDA含量明显增
安徽农业科学 , JournalofAnhuiAgri.Sci.2009, 37(35):17485-17486 责任编辑　王淼　责任校对　卢瑶
加 ,但是叶 、茎和芽的 MDA含量并没有明显的变化 ,表明污
染样地白茅地下部分受到的氧化胁迫要高于地上组织。
表 2　白茅各组织的 MDA含量
Table2　MDAcontentindiferenttissuesofI.cylindrical
组织部位
Tissueparts
对照样地
Controlsamplesites
污染样地
Containedsamplesites
叶 0.343±0.064 0.355±0.011
根 0.381±0.062 3.274±0.220＊＊
茎 0.178±0.041 0.218±0.058
芽 0.075±0.004 0.084±0.008
根状茎 0.140±0.012 1.776±0.134＊＊
　注:＊＊表示与对照相比在 0.01水平有差异;图 1同。
　Note:＊＊meansdiferencewithcontrolgroupat0.01level.Thesameas
below.
2.2　PCs诱导量　利用非蛋白巯基总量(TNP-SH)与谷胱
甘肽(GSH)含量的差值来衡量 PCs的诱导含量 。由图 1可
知 ,对照样地中 TNP-SH主要由 GSH组成 ,各组织诱导合成
PCs量较少 ,生长于污染样地白茅各组织间诱导合成 PCs量
存在显著差异 ,叶 、茎和芽诱导合成 PCs量较少 ,与对照样地
没有明显差异 ,而根和根状茎诱导合成大量的 PCs,明显高于
对照样地。结果表明 ,尾矿定居使白茅地下组织合成大量的
PCs,而对地上组织并没有明显影响 。
图 1　污染和对照样地白茅各组织的 PCs诱导含量
Fig.1　ThePCscontentsindifferenttisuesofI.cylindrical
growingincontaminatedanduncontaminatedsites
3　讨论
目前对于无性系植物耐性研究主要集中在生理整合作
用机制 ,认为生理整合作用使无性系植物能够有效整合利用
资源 ,可以在遮阴 、干旱胁迫 、养分匮乏以及盐胁迫等环境下
生存 [ 10-11] 。该研究发现生长于污染样地白茅的根和根状茎
MDA含量明显增加 ,而叶 、茎和芽的 MDA含量并没有明显
变化 。试验结果表明 ,白茅的地下组织受到了较多的氧化损
伤 ,而其地上部分却受到了轻微的氧化损伤 ,这可能是其能
够在尾矿上定居的重要的抗性策略 。
对污染样地白茅不同组织的 PCs的诱导含量的测定结
果显示 ,根和根状茎的 PCs诱导含量明显增加 ,而叶 、茎和芽
的诱导含量并没有明显变化。 PCs的诱导是植物细胞结构
和功能遭受伤害的反应 ,这与 MDA含量的变化是基本一致
的 ,试验结果表明 PCs含量可以用来灵敏的指示重金属对植
物的毒害程度 [ 12] 。PCs诱导同时也是高等植物对重金属胁
迫的一种响应机制 ,其对植物体内的重金属起解毒作用 [ 13] 。
污染样地白茅地上组织受到较少的氧化损伤 ,与其根和根状
茎 PCs的诱导含量明显增加 ,从而起到明显的解毒作用 ,保
证了地上部分免受伤害。
当前 ,较多研究发现无性系植物的根状茎都有适应强干
扰恶劣环境的特殊耐性生理特征 [ 14] 。 Chan等和 Chen等的
研究分别发现生姜(Zingiberoficinale)和阔叶骨碎补(Daval-
liasolida)的根状茎的抗氧化酶活性相对根和叶有明显增加 ,
可以有效缓解胁迫环境导致植物体内自由基的危害 [ 15-16] 。
Conesa等和 Roiloa等发现利坚草(Lygeumspartum)和野草莓
(Fragariavesca)在重金属污染地上 ,其根状茎可以积累大量
的重金属 ,限制重金属转运到地上组织 ,使其光合作用未受
明显影响 [ 17-18] 。该研究同样发现 ,白茅地下组织有效的解
毒机制是其能够适应尾矿特殊环境的重要的抗性机制。
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